package interview.i_002_dataStructure;

import lombok.*;

import java.util.Map;
import java.util.Set;

/**
 * https://www.bilibili.com/video/BV1FE411t7M7
 */
public class T001_HashMap<K, V> {
    public static void main(String[] args) {
        T001_HashMap<String, Object> map = new T001_HashMap<>(10);
        map.put("key", "value");
        map.remove("key");
        System.out.println(map.get("key"));
    }

    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; // 最大容量
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 默认容量 16
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认加载因子，泊松分布

    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表长度 > 8，且 table 长度 > 64，链表转为红黑树
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; // 红黑树节点 < 6，红黑树转为链表

    transient Set<Node<K, V>> entrySet;
    transient int modCount;

    transient Node<K, V>[] table; // 存储实际节点数据
    transient int size; // table 已存储大小
    int threshold; // 边界值 = 容量 * 加载因子，当 size 超过该值时触发扩容
    final float loadFactor; // 实际加载因子

    public T001_HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); // 边界值 = 容量 * 0.75，后面 put 时会重新计算边界值
    }

    public T001_HashMap(int initialCapacity) { // 指定容量大小
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

    public T001_HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 默认加载因子，没有创建数组
    }

    static final int tableSizeFor(int cap) { // 返回 >= cap 的最小 2 的次幂
        int n = -1 >>> Integer.numberOfLeadingZeros(cap - 1);
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

    public T001_HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

    final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
        int s = m.size();
        if (s > 0) {
            if (table == null) {
                float ft = ((float) s / loadFactor) + 1.0F; // +1 减少频繁扩容
                int t = ((ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY) ? (int) ft : MAXIMUM_CAPACITY);
                if (t > threshold)
                    threshold = tableSizeFor(t);
            } else if (s > threshold) { // table 不为 null，判断是否大于边界值
                resize(); // 扩容
            }
            for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { // 把原来的值放到新的数组里面
                K key = e.getKey();
                V value = e.getValue();
                putVal(hash(key), key, value, false, evict);
            }
        }
    }

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

    /**
     * @param onlyIfAbsent true 不更改现有值
     * @param evict        false table 为创建状态
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> p;
        int n, i; // 数组长度、元素下标

        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) { // 初始化
            n = (tab = resize()).length;
        }

        // 取余：n % 32 等价于 n & (31-1)
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) { // i = key hash 后根据数组长度取余
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 没有 hash 冲突，直接放入
        } else { // 发生 hash 冲突
            Node<K, V> e;
            K k;
            if (p.hash == hash && // hash 碰撞
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                e = p; // 准备替换之前 put 进来的元素(桶中的元素)
            } else if (p instanceof TreeNode) { // 是否为树节点
                e = ((TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            } else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 遍历链表
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null); // 尾插法添加节点
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) { // 插入后判断是否需要转为红黑树
                            treeifyBin(tab, hash);
                        }
                        break; // 已经 put 完成
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                        break; // 准备替换之前 put 进来的元素(桶中的链表上的元素)
                    }
                    p = e; // 改变指针
                }
            }

            if (e != null) { // 开始替换
                V oldValue = e.value; // 上一次 put 元素的值
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) {
                    e.value = value; // 替换
                }
                // afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount; // 记录 map 修改次数(扩容或更改 map 结构)
        if (++size > threshold) // 是否需要扩容
            resize();
        // afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

    final void treeifyBin(Node<K, V>[] tab, int hash) {
        int n, index;
        Node<K, V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) { // 满足两个条件才转红黑树：数组长度、链表长度
            resize(); // 否则扩容
        } else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { // 查看当前桶中的元素是否为 null
            TreeNode<K, V> hd = null, tl = null; // 红黑树的头尾节点
            do {
                TreeNode<K, V> p = replacementTreeNode(e, null); // 将链表节点转为树节点
                if (tl == null) {
                    hd = p;
                } else {
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null); // 遍历链表节点

            if ((tab[index] = hd) != null) { // 将红黑树的头节点放入当前桶中
                hd.treeify(tab); // (此时还是链表形式，只是节点为 TreeNode 类型)将链表结构旋转为红黑树结构
            }
        }
    }

    // ^ 异或：相同为 0，不同为 1。& 与：都是 1 为 1，否则为 0
    static final int hash(Object key) { // key 可以为 null，且数据放在数组第一个
        int h;
        // (n - 1) & hash：当数组长度 n 很小，假设是 16 的话，那么 n-1 为 --> 1111，
        // 这样的值和 hashCode 直接做按位与操作，实际上只使用了哈希值的后 4 位。
        // 如果当 hashCode 值的高位变化很大，而低位变化很小或者没有变化，
        // 那么直接和数组长度进行 & 运算会很容易造成计算的结果一样的，导致 hash 碰撞。
        // 所以这里把高低位都利用起来，从而解决这个问题。
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

    /**
     * <pre>
     * 原数组长度：16 -> n-1 -> 15
     * (n-1) & hash
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 16
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 15(n-1)
     * hash(key1)   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101
     * ------------------------------------------------------------
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 索引：5
     *
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 15(n-1)
     * hash(key2)   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101
     * ------------------------------------------------------------
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 索引：5
     * ============================================================
     * 数组长度扩容：16 -> 32 -> n-1 -> 31
     * (n-1) & hash
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010 0000 32
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 31(n-1)
     * hash(key1)   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101
     * ------------------------------------------------------------
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 索引：5
     *
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111 31(n-1)
     * hash(key2)   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101
     * ------------------------------------------------------------
     * 			    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101 索引：5 + 16(扩容大小)
     * </pre>
     */
    final Node<K, V>[] resize() {
        Node<K, V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // 旧的容量
        int oldThr = threshold; // 旧的边界值
        int newCap, newThr = 0;

        if (oldCap > 0) { // 扩容修改容量和边界值
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 是否大于最大容量
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {
                // 旧的容量 * 2 < 最大容量 && 旧的容量 >= 默认容量 16
                newThr = oldThr << 1; // 旧的边界值 * 2
            }
        } else if (oldThr > 0) {
            newCap = oldThr;
        } else { // 初始化容量和边界值
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int) (DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }

        if (newThr == 0) {
            float ft = (float) newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY ? (int) ft : Integer.MAX_VALUE);
        }

        threshold = newThr; // 修改边界值
        @SuppressWarnings({"unchecked"})
        Node<K, V>[] newTab = (Node<K, V>[]) new Node[newCap]; // 创建数组，默认 16
        table = newTab;

        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { // 将旧桶中的元素放入新桶中
                Node<K, V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) { // 当前桶元素不为 null
                    oldTab[j] = null; // 旧桶元素指向 null，方便 GC
                    if (e.next == null) {
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // 不是链表，直接放入新桶中
                    } else if (e instanceof TreeNode) {
                        ((TreeNode<K, V>) e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    } else { // 是链表，重新 hash 后要么在(原)位置，要么在(原 + 扩容大小)位置
                        Node<K, V> loHead = null, loTail = null; // (原)位置链表
                        Node<K, V> hiHead = null, hiTail = null; // (原 + 扩容大小)位置链表
                        Node<K, V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) { // 高位是 0，放到新桶的(原)位置不动
                                if (loTail == null) {
                                    loHead = e;
                                } else {
                                    loTail.next = e;
                                }
                                loTail = e;
                            } else { // 高位是 1，放到新桶的(原 + 扩容大小)位置
                                if (hiTail == null) {
                                    hiHead = e;
                                } else {
                                    hiTail.next = e;
                                }
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);

                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead; // (原)位置
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead; // (原 + 扩容大小)位置
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

    public V remove(Object key) {
        Node<K, V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;
    }

    final Node<K, V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> p; // 要删除元素的上一个元素(如果是链表或红黑树的话)
        int n, index;

        // 当前桶中元素不为 null
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            Node<K, V> node = null, e; // node 为要删除的元素
            K k;
            V v;
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { // 直接找到
                node = p;
            } else if ((e = p.next) != null) { // 没有找到，看看是否有下一个链表元素
                if (p instanceof TreeNode) {
                    node = ((TreeNode<K, V>) p).getTreeNode(hash, key);
                } else {
                    do {
                        if (e.hash == hash &&
                                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;
                    } while ((e = e.next) != null); // 遍历链表
                }
            }

            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                    (value != null && value.equals(v)))) {
                if (node instanceof TreeNode) { // 红黑树删除操作
                    ((TreeNode<K, V>) node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                } else if (node == p) { // 是桶中的元素
                    tab[index] = node.next;
                } else { // 是链表中的元素
                    p.next = node.next;
                }
                ++modCount;
                --size;
                // afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

    public V get(Object key) {
        Node<K, V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

    final Node<K, V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> first, e;
        int n;
        K k;
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
            if (first.hash == hash && // 总是检查第一个节点
                    ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                return first; // 是桶中的元素
            }
            if ((e = first.next) != null) { // 是否有后续节点
                if (first instanceof TreeNode) { // 遍历红黑树 O(logn)
                    return ((TreeNode<K, V>) first).getTreeNode(hash, key); // 折半查找
                }
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null); // 遍历链表 O(n)
            }
        }
        return null;
    }

    Node<K, V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
    }

    TreeNode<K, V> replacementTreeNode(Node<K, V> p, Node<K, V> next) {
        return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
    }

    @Getter
    @Setter
    @AllArgsConstructor
    @ToString(exclude = {"hash", "next"})
    @EqualsAndHashCode(exclude = {"hash", "next"})
    static class Node<K, V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K, V> next;

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }
    }

    static final class TreeNode<K, V> extends Node<K, V> {
        TreeNode<K, V> parent; // 红黑树链接
        TreeNode<K, V> left;
        TreeNode<K, V> right;
        TreeNode<K, V> prev; // 删除后需要取消链接
        boolean red;

        TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K, V> next) {
            super(hash, key, val, next);
        }

        final TreeNode<K, V> getTreeNode(int h, Object k) {
            return null;
        }

        final void treeify(Node<K, V>[] tab) {
        }

        final TreeNode<K, V> putTreeVal(T001_HashMap<K, V> map, Node<K, V>[] tab, int h, K k, V v) {
            return null;
        }

        final void removeTreeNode(T001_HashMap<K, V> map, Node<K, V>[] tab, boolean movable) {
        }

        final void split(T001_HashMap<K, V> map, Node<K, V>[] tab, int index, int bit) {
        }
    }
}
